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为探究生物钟对细胞周期的调控机制及其在生理功能中的作用,研究人员分析小鼠舌上皮细胞类型的昼夜变化。通过单细胞 RNA 测序等实验,发现生物钟调控 II 型味觉细胞数量昼夜波动,影响味觉敏感性。该研究揭示了生物钟调控生理功能的新机制。
在哺乳动物中,生物钟调节的细胞周期进程在全身多个组织以及培养的成纤维细胞中均有观测到。本研究中,科研人员证实,生物钟调节的细胞分裂会使小鼠等夜行性动物舌头上的 II 型味觉细胞数量出现昼夜变化。这些 II 型味觉细胞数量的波动会影响对苦味、甜味和鲜味的感知。
研究人员分析了小鼠舌上皮细胞类型随昼夜时间的变化情况。借助单细胞 RNA 测序技术,他们观察到小鼠舌头上的干细胞 / 祖细胞以及分化细胞群体存在昼夜时间依赖性变化。值得注意的是,II 型味觉细胞群体数量也随时间变化,当味蕾干细胞被清除,抑制味觉细胞群体内的细胞增殖后,这种变化就消失了。
在味蕾类器官(Taste bud organoids,TBOs)实验中,研究人员发现细胞周期为 24 小时,而核心生物钟基因 Bmal1被敲低后,这一周期就被打乱。在 TBOs 中,细胞分裂和凋亡细胞都呈现出昼夜时间依赖性表型。有趣的是,在干细胞被清除的 TBOs 中,细胞死亡的时间依赖性变化消失了,这表明新生细胞的昼夜供应对于节律性细胞死亡表型至关重要。
此外,在一天不同时间进行的味觉测试显示,小鼠 II 型味觉细胞存在时间依赖性的敏感性变化。这些研究结果表明,味觉细胞群体的时间依赖性变化是由生物钟调节的细胞周期进程驱动的,并且控制着小鼠舌头的时间依赖性生理调节。